EP1629185A2 - Procede de pilotage d un moteur thermique - Google Patents

Procede de pilotage d un moteur thermique

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EP1629185A2
EP1629185A2 EP04742678A EP04742678A EP1629185A2 EP 1629185 A2 EP1629185 A2 EP 1629185A2 EP 04742678 A EP04742678 A EP 04742678A EP 04742678 A EP04742678 A EP 04742678A EP 1629185 A2 EP1629185 A2 EP 1629185A2
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EP
European Patent Office
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engine
flow
control signal
recycled
chamber
Prior art date
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EP04742678A
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Jean-Marc Duclos
Jacky Guezet
Cédric Servant
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Renault SAS
Original Assignee
Renault SAS
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Publication date
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    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
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Definitions

  • the present invention relates, in general, to a method for optimizing the quantity of EGR (burnt gases recycled externally) applied to a compression ignition combustion engine.
  • the invention relates to a method for controlling a heat engine with cyclic operation such as a direct injection diesel engine, comprising in particular a combustion chamber, means for injecting fuel into the chamber, means for admission to selectively admit a gaseous oxidant containing air into the chamber, exhaust means for selectively authorizing the exhaust of burnt gases out of the chamber and recycling means including a first flow control means for recycling burnt gases, this flow control means being controlled by a variable control signal [Com], the flow of recycled gas being represented by an increasing function of the value of the control signal, a means of measuring the consumption of the engine fuel.
  • a heat engine with cyclic operation such as a direct injection diesel engine, comprising in particular a combustion chamber, means for injecting fuel into the chamber, means for admission to selectively admit a gaseous oxidant containing air into the chamber, exhaust means for selectively authorizing the exhaust of burnt gases out of the chamber and recycling means including a first flow control means for recycling burnt gases, this flow control means being controlled by a variable control signal [Com
  • the use of so-called recirculation or EGR gases or recycled gases in the combustion chamber of an alternating engine and more particularly of a compression-ignition engine is well known to those skilled in the art.
  • the recycled gases are gases resulting from the combustion of previous cycles and are therefore depleted in oxygen. They are used, mixed with air, to reduce polluting emissions or to control the course of combustion. More precisely, the ignition time of an air / fuel mixture containing recycled gases is greater than that of an equivalent mixture not containing it. It is therefore possible to delay the ignition of an air / fuel mixture by adding recycled gases to it until a maximum concentration limit beyond which the combustion of the fuel will be difficult and incomplete at the risk of producing polluting particles. .
  • the proposed invention mainly relates to the management of the external EGR and to the process for controlling the flow of recycled gas admitted into the chamber to obtain the desired effects.
  • the flow of recycled gas into the combustion chamber is controlled by a valve controlled by a computer.
  • the quantity of fuel injected into the chamber is controlled by an injection pump controlled by this same computer.
  • An air flow sensor located at the intake measures the amount of air admitted into the chamber.
  • a sensor for measuring the air / fuel ratio of the exhaust gases is placed on the exhaust outlet so as to determine whether the fuel combustion is total or partial.
  • the on-board computer increases the quantity of recycled gas in order to reduce the oxygen content of the oxidizing mixture and thus improve engine efficiency and reduce polluting emissions of nitric oxide due to an excess of active oxygen in the combustion chamber.
  • This process for controlling the flow of recycled gases therefore makes it possible to improve the efficiency of the engine and reduce pollution by exhaust gases containing unburned fuels or nitrogen oxides.
  • this process is based on the measurement of the air / fuel ratio of the exhaust gases.
  • the air / fuel ratio is a partial indicator of engine operation and does not constitute a direct measure of engine performance, which is the primary measure for controlling an engine.
  • the object of the present invention is to propose a method for controlling a heat engine making it possible to control the quantity of gas recycled in order to improve the efficiency of the engine.
  • the method for controlling a heat engine of the invention is essentially characterized in that it further comprises a step of evaluation of a variation in engine efficiency over a completed period of time resulting from a variation of the control signal, and a step of updating the control signal, consisting in changing the control signal in a direction capable of maximizing the engine performance over a new time interval to come.
  • This method according to the invention therefore consists in measuring or evaluating the variation in efficiency of the engine over a time interval and correlating this information with the variation in the control signal of the means for controlling the flow rate of recycled gases over this same interval.
  • the control signal can be reduced for the new time interval to come so as to reduce the flow of recycled gas over the new interval compared to the flow of recycled gas during the past time interval.
  • the rate of recycled gas in the room will be reduced and the rate active oxygen will be increased.
  • the increase in the Air / fuel ratio correlatively induces better fuel combustion and therefore an increase in engine efficiency.
  • the step of evaluating a variation in efficiency consists firstly in calculating engine efficiencies for first and second respective time intervals, the second time interval ending subsequently. at the first interval, each calculated yield corresponding to the ratio between the amount of work and the amount of fuel injected for each interval, then in a second step to calculate the algebraic sign of the ratio:
  • FIG. 1 represents the method for optimizing the quantity of recycled gas admitted to a combustion chamber
  • FIG. 2 represents a complementary method for optimizing the stratification in recycled gas admitted into a combustion chamber
  • FIG. 3 represents a combustion engine having means for controlling the flow rate of recycled gases for each combustion chamber
  • FIG. 4 represents a combustion engine having means for controlling the flow of recycled gases common to several combustion chambers.
  • the invention relates to a method for controlling a heat engine with cyclic operation such as a direct injection diesel engine.
  • ⁇ Figure 1 shows an embodiment of the method according to the invention. This process is a control loop allowing the flow rate and therefore the rate of burnt gases recycled in the combustion chamber to be adjusted in order to maximize the efficiency of the engine.
  • the measurement time interval preferably corresponds to a number of motor cycles and the measurement is preferably averaged over several motor cycles in order to smooth the results of the measurements.
  • the measurements of variation of the work performed by the engine and of variation of the quantity of fuel consumed over the time interval are transmitted to a computer which determines the variation or the average of the variation in efficiency.
  • the efficiency R (n) of the engine for cycle n is obtained by the ratio between the torque Cpl (n) developed by the engine and the quantity of fuel Ti (n) injected during the cycle n.
  • the calculated yield R (n) can also be corrected using a cartographic correction function F.
  • This correction function F is a bijective relationship between a control state or an operating state of the engine and the correction to be applied to R (n).
  • This function F varies according to known and previously measured environmental effects.
  • this correction function F takes into account the sensitivity of the efficiency R to the command Com of flow rate in recycled gas.
  • the relative work or torque Cpl (n) provided by a combustion chamber or by several chambers for a given cycle n is measured using a combustion chamber pressure sensor and / or an engine torque sensor placed on the crankshaft.
  • This torque Cpl (n) can be calculated by measuring the force developed on the crankshaft or by measuring the acceleration of the crankshaft correlated with the gas pressure inside the chamber.
  • the quantity of fuel consumed on a cycle n is noted Ti (n) and is measured directly with a flow meter and / or indirectly using the duration of control of the injector and the pressure of the injected fuel .
  • the quantity of fuel calculated by indirect measurement can be corrected as a function of the fuel temperature and / or of the pressure inside the chamber.
  • the computer determines the new control signal Com (n + 1) to be sent to the gas flow control means to be recycled for the cycle (n + 1) to come.
  • the new value of the new control signal Com (n + 1) is a function of the ratio between the variation in efficiency measured between two successive motor cycles respectively called cycle p and cycle q.
  • the variation in engine efficiency between cycle p and cycle q is calculated by subtracting the measured efficiency R (n-q) from the measured efficiency R (n-p).
  • the variation in the value of the control signal between cycles p and q is calculated by subtracting the value of the Com (np) command to the value of the Com (nq) command.
  • the new value of the new control signal Com (n + 1) is calculated by the ratio between the variation in engine efficiency and the variation in the control previously calculated.
  • the new command Com (n + 1) is then transmitted to the recycled gas flow control means to adjust the flow of recycled gas during the cycle (n + 1) to come.
  • This performance control process is repeated for subsequent engine cycles.
  • the means for controlling the flow of recycled gas can be all or nothing or be continuously variable over a flow range from a zero flow to a maximum flow admissible by the engine.
  • FIG. 2 represents a complementary method of carrying out the invention intended to keep the engine noise below a maximum admissible noise threshold.
  • the combustion noise is linked to the combustion speed, that is to say the speed at which the energy resulting from the oxidation of the fuel by the oxidizer is released.
  • the combustion chamber is supplied by at least two fluid streams each having a rate of recycled gas regulated by the flow control means and by the method described above. These two fluid streams feed a combustion chamber and thus form layers of fluids containing air and variable proportions of recycled gas.
  • the rate of recycled gas of a stratum is a function of its rate of fuel load.
  • Each fluid layer thus created has its own rate of recycled gas, and therefore its own ignition time and its own combustion speed which allows to spread the time of combustion throughout the chamber.
  • the regulation of the recycled gas rates of each stratum and the differential of the recycled gas rate between the strata allows the combustion speed to be controlled and the combustion noise to be reduced.
  • the method of FIG. 1 makes it possible to control the flow of recycled gases in order to maximize the efficiency of the engine and the method of FIG. 2 makes it possible to control the manner of admitting this recycled gas into the chamber and reducing the noise of the engine.
  • the combination of these two methods therefore makes it possible to maximize the efficiency of the engine while controlling its noise level.
  • the method of FIG. 2 consists in controlling the noise of the engine by a function called stratification or creation of fluid strata with recycled gas rate variable from one stratum to another.
  • the closed-loop control method of FIG. 2 consists of a first step in the cycle n of measuring the noise Brm (n) emitted by the engine.
  • the engine noise can be measured by any technique that can detect the combustion speed of the chamber. To do this, we can detect the time interval when the pressure inside the chamber rises suddenly. This measurement can in particular be carried out using a torque sensor transmitted by the crankshaft, using a pressure sensor inside the chamber by deriving the measured signals. This measurement can also be carried out using an accelerometer placed on the cylinder head or the crankshaft while looking for the maximum value of the acceleration.
  • a second step of collecting information on the engine operating point is carried out during the same time interval as the noise measurement step Brm (n).
  • the operating point corresponds mainly to the amount of fuel injected for a given engine speed.
  • Other information on the engine operating point at cycle n can also be collected to determine an engine condition.
  • a cartographic database serves as a reference to indicate what is the maximum permissible engine noise mapping Brc (n) corresponding to a state of the engine measured at cycle n.
  • the computer compares the maximum admissible noise Brc (n) for the engine operating point at cycle n with the measured engine noise Brm (n) for this same cycle n.
  • the computer increases the new stratification command value Str (n + 1) for the coming cycle n + 1 with respect to the value of the stratification command Str (n) of cycle n.
  • the increase in the value of the stratification command makes it possible to create gas strata having different concentration levels of recycled gas and correspondingly different combustion rates. Combustion is therefore spread over time, which reduces engine noise.
  • the computer reduces the new stratification command value Str (n + 1) for the coming cycle (n + 1) with respect to the value of the stratification command Str (n) of cycle n.
  • the reduction in the value of the stratification command Str (n + 1) makes it possible to reduce the difference in concentration of recycled gases from each stratum of the chamber and correspondingly increase the rate of combustion.
  • This noise control process can then be repeated for subsequent engine cycles.
  • the stratification command for this process can be based on a single cycle n, or on an average of cycles, it can apply to the cycle immediately following the measurement or measurements, or be delayed by several cycles. It can also be applied room to room or on a set of rooms.
  • the stratification function can be an all or nothing function or be a continuous variable function proportional to the difference between the measured noise Brm (n) and the mapping noise Brc (n).
  • the two efficiency and noise control methods maximize output while limiting noise.
  • FIGS. 3 and 4 respectively represent two examples of engines 30 and 60 provided with circuits for controlling the recycling of burnt gases for the implementation of at least one of the methods previously described.
  • Each of these motors 30, 60 has three cylinders or combustion chambers 31, 32, 33.-
  • Each chamber 31, 32, 33 comprises a fuel injector 51, 52, 53 as well as two intake inlets 34 to 39 respectively, separated from one another for introduce two separate fluid veins into each chamber.
  • Each fluid stream can have a variable proportion over time of burnt gases recycled so as to form strata of gas in the chamber.
  • the first, second and third combustion chambers 31, 32, 33 each have first and second burnt gas exhaust outlets 50 respectively 43 to 48. All of these exhaust outlets 43 to 48 are connected to an outlet main exhaust
  • Each of the engines 30, 60 of FIGS. 3 and 4 is provided with a turbo 57 and with recycling means making it possible to collect a part of the exhaust gases 50 to introduce them at the level of the intake.
  • the intake inlets 34 to 39 of the engine 30 of FIG. 3 are connected to a main intake 40 for the admission of air 41 and recycled burnt gases 42.
  • the main intake 40 is itself connected to the main exhaust outlet 49 by means of a recycling 58 of burnt gases 42.
  • the recycling means 30 comprises a control valve 59 for the rate of burnt gases recycled in the main intake 40. This valve 59 therefore makes it possible to control the flow of burnt gases for all of the intake inputs 34 to 39 and of the combustion chambers 31 to 33 and this by a single means of flow control.
  • First, second and third stratification valves 54 to 56 respectively connect the means of recycling 58 of burnt gases to the second intake inlets 35, 37, and 39.
  • Each of these three stratification valves 54 to 56 individually controls the stratification of each of the respective chambers 31 to 33.
  • the first stratification valve 54 allows the admission of recycled gases into the fluid stream passing through the second intake inlet.
  • the fluid stream passing through the second inlet 35 therefore has a variable rate of recycled gas. and controlled by the first stratification control valve 54 and / or by the rate control valve 59.
  • the fluid stream passing through the first inlet 34 has a variable recycled gas rate which is only controlled by the rate control valve 59.
  • the difference in concentration of recycled gases in the first chamber 31 can therefore be adjusted by acting on the first stratification valve 54.
  • the motor 60 of FIG. 4 allows the simultaneous and centralized control for all the chambers of the flow of recycled gas as well as their stratifications.
  • the engine 60 in this figure has first and second main intake inlets 61 and 62.
  • the first and second main inlet inputs 61 and 62 are connected to the main outlet. exhaust 49 via a first recycling means 63 for the first main entrance 61 and a second recycling means 64 for the second main entrance 62.
  • the first main inlet 61 is connected to the first intake inlets 34, 36, 38 thus allowing the admission of first fluid streams having the same concentration rate of recycled gases.
  • the second main inlet 62 is connected to the second intake inlets 35, 37, 39 thus allowing the admission of second fluid streams having the same concentration of recycled gas concentration.
  • the respective flows of recycled gas from the first and second main intake inlets 61 and 62 are independently and respectively controlled by first and second valves 65 and 66.
  • This particular arrangement makes it possible to control the rate of gas recycled in all the chambers by two ' valves. These two valves also make it possible to control the stratification by acting on the differential flow rate of recycled gas 42 passing through the first and second recycling means 63 and 64.
  • the means for controlling the flow rate of the recycled exhaust gases consist of valves controlled by at least one pneumatic, hydraulic or electric control means. These valves can deliver a continuous or discontinuous gas flow.

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Abstract

Procédé de pilotage d'un moteur thermique (30) comprenant une chambre de combustion (31), des moyens d'injection de carburant (51), des moyens d'admission (34, 35) de comburant (41), des moyens d'échappement (43, 44) de gaz brûlés (50) et des moyens de recyclage (58) incluant un premier moyen de contrôle de débit (59) pour recycler des gaz brûlés (42) ce moyen étant piloté par un signal de commande Com, le débit de gaz recyclé est une fonction croissante de la valeur du signal de commande. Le procédé comportant une étape d'évaluation d'une variation de rendement moteur (30) sur un intervalle de temps révolu résultant d'une variation du signal de commande, et une étape de réactualisation du signal de commande, consistant à faire évoluer le signal de commande pour maximiser le rendement du moteur sur un nouvel intervalle de temps à venir.

Description

PROCEDE DE PILOTAGE D'UN MOTEUR THERMIQUE
La présente invention concerne, de façon générale, un procédé d'Optimisation de la quantité d'EGR (gaz brûlés recyclés en externe) appliqué à un moteur thermique à allumage par compression.
Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé de pilotage d' un moteur thermique à fonctionnement cyclique tel qu'un moteur diesel à injection directe, comprenant notamment une chambre de combustion, des moyens d'injection de carburant dans la chambre, des moyens d'admission pour admettre sélectivement dans la chambre un comburant gazeux contenant de l'air, des moyens d'échappement pour autoriser sélectivement l'échappement de gaz brûlés hors de la chambre et des moyens de recyclage incluant un premier moyen de contrôle de débit pour recycler des gaz brûlés, ce moyen de contrôle de débit étant piloté par un signal de commande [Com] variable, le débit de gaz recyclé étant représenté par une fonction croissante de la valeur du signal .de commande, un moyen de mesure de la consommation du moteur en carburant.
L'utilisation de gaz dits de recirculation ou EGR ou gaz recyclés dans la chambre de combustion d'un moteur alternatif et plus particulièrement d'un moteur à allumage par compression est bien connue de l'homme du métier. Les gaz recyclés sont des gaz issus de la combustion des cycles précédents et sont donc appauvris en oxygène. Ils sont utilisés, mélangés avec l'air, pour réduire les émissions polluantes ou pour contrôler le déroulement de la combustion. Plus précisément le temps d'allumage d'un mélange air / carburant contenant des gaz recyclés est plus important que celui d'un mélange équivalent n'en contenant pas. Il est donc possible de retarder l'allumage d'un mélange air / carburant en y adjoignant des gaz recyclés jusqu'à une limite maximale de concentration au-delà de laquelle la combustion du carburant sera difficile et incomplète au risque de produire des particules polluantes.
On parle d'EGR externe lorsque l'alimentation en gaz recyclés s'effectue par un circuit localisé hors de la chambre de combustion et d'EGR interne lorsque ces gaz résiduels de la combustion sont restés piégés dans la chambre de combustion. L'invention proposée se rapporte principalement à la gestion de l'EGR externe et au procédé de contrôle du débit de gaz recyclé admis dans la chambre pour obtenir les effets désirés.
C'est la raison pour laquelle de nombreux motoristes ont développé diverses solutions visant à contrôler l'adjonction de gaz recyclés dans la chambre de combustion.
Un moteur du type précédemment défini, permettant un tel contrôle du débit de gaz recyclés introduit dans une chambre de combustion, est par exemple décrit dans le document brevet US 5,150,694 de GENERAL MOTORS CORPORATION. Ce document divulgue un moteur comportant une chambre de combustion, un moyen d'admission, une sortie d' échappement et un moyen de recyclage de gaz à l'admission, les gaz brûlés recyclés étant collectés à 1' échappement .
Le débit de gaz recyclés dans la chambre de combustion est contrôlé par une vanne pilotée par un calculateur.
La quantité de carburant injectée dans la chambre est contrôlée par une pompe d'injection pilotée par ce même calculateur.
Un capteur de débit d'air situé à l'admission permet de mesurer la quantité d' air admise dans la chambre. Un capteur de mesure du ratio air/carburant des gaz d' échappement est placé sur la sortie d' échappement de manière à déterminer si la combustion de carburant est totale ou partielle.
Par exemple, lorsque la quantité d'air détectée en sortie d' échappement est trop importante par rapport à la quantité de carburant injecté, l'ordinateur de bord augmente la quantité de gaz recyclé afin de réduire la teneur en oxygène du mélange comburant et ainsi améliorer le rendement du moteur et réduire les émissions polluantes de monoxyde d'azote dues à un excès d'oxygène actif dans la chambre de combustion.
Ce procédé de contrôle du débit de gaz recyclés permet donc d'améliorer le rendement du moteur et réduire la pollution par gaz d'échappement contenant des carburants non brûlés ou des oxydes d'azote. Pour cela, ce procédé se base sur la mesure du ratio air / carburant des gaz d'échappement. Or, le ratio air / carburant est un indicateur partiel du fonctionnement du moteur et ne constitue pas une mesure directe du rendement du moteur qui est la mesure primordiale pour le contrôle d'un moteur.
Dans ce contexte, la présente invention a pour but de proposer un procédé de pilotage d'un moteur thermique permettant de contrôler la quantité de gaz recyclés en vue d'améliorer le rendement du moteur.
A cette fin, le procédé de pilotage d'un moteur thermique de l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu' en donne le préambule ci- dessus, est essentiellement caractérisée en ce qu'il comporte en outre une étape d' évaluation d' une variation de rendement du moteur sur un intervalle de temps révolu résultant d'une variation du signal de commande, et une étape de réactualisation du signal de commande, consistant à faire évoluer le signal de commande dans un sens propre à maximiser le rendement du moteur sur un nouvel intervalle de temps à venir.
Ce procédé selon l'invention consiste donc à mesurer ou évaluer la variation de rendement du moteur sur un intervalle de temps et corréler cette information avec la variation du signal de commande du moyen de contrôle de débit de gaz recyclés sur ce même intervalle. Ainsi, lorsque le rendement du moteur augmente sur un intervalle de temps révolu, la tendance du signal de commande sur l'intervalle de temps à venir sera soit amplifiée soit au moins maintenue constante par rapport à la tendance du signal de commande de l'intervalle de temps révolu.
Dans le cas contraire, lorsque le rendement du moteur diminue sur un intervalle de temps révolu, la tendance du signal de commande sur l'intervalle de temps à venir sera soit inversée soit au moins réduite par rapport à la tendance du signal de commande de l'intervalle de temps révolu.
II résulte de cette situation que le rendement du moteur au cours du nouvel intervalle de temps sera soit augmenté soit maintenu constant par rapport au rendement du moteur sur l'intervalle de temps révolu. Ce procédé permet ainsi de maximiser le rendement du moteur par le contrôle du débit de gaz recyclé.
Pour illustrer ce dernier cas, on peut par exemple se trouver dans la situation où le rendement moteur sur l'intervalle de temps révolu diminue alors que dans le même temps le signal de commande du moyen de contrôle avait augmenté. Dans ce cas, on peut réduire le signal de commande pour le nouvel intervalle de temps à venir de façon à diminuer le débit de gaz recyclé sur le nouvel intervalle par rapport au débit de gaz recyclé durant l'intervalle de temps révolu. Ainsi le taux de gaz recyclé dans la chambre sera réduit et le taux d'oxygène actif sera augmenté. L'augmentation du ratio Air / carburant induit corrélativement une meilleure combustion du carburant et donc une augmentation du rendement moteur.
Selon un exemple particulier de réalisation de l'invention, l'étape d'évaluation de variation de rendement consiste dans un premier temps à calculer des rendements du moteur pour des premiers et seconds intervalles de temps respectifs, le second intervalle de temps se terminant postérieurement au premier intervalle, chaque rendement calculé correspondant au rapport entre la quantité de travail et la quantité de carburant injectée pour chaque intervalle, puis dans un second temps à calculer le signe algébrique du rapport :
(Rendement Moteur durant le second intervalle -
Rendement moteur durant le premier intervalle) /
(Valeur du Signal de commande de débit de gaz brûlé recyclé durant le second intervalle - Valeur du Signal de commande de débit de gaz brûlé recyclé durant le premier intervalle)' puis dans un troisième temps, l'étape de réactualisation du signal de commande Com consiste à augmenter le signal de commande Com si le signe algébrique du rapport est positif et à réduire le signal de commande Com si le signe algébrique du rapport est négatif, de telle manière que le débit de gaz brûlés recyclés soit contrôlé pour maximiser le rendement du moteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 représente le procédé d'optimisation de la quantité de gaz recyclé admise dans une chambre de combustion ; la figure 2 représente un procédé complémentaire d'optimisation de la stratification en gaz recyclé admise dans une chambre de combustion ; la figure 3 représente un moteur à combustion possédant des moyens de contrôle de débit de gaz recyclés pour chaque chambre de combustion ; la figure 4 représente un moteur à combustion possédant des moyens de contrôle de débit de gaz recyclés communs à plusieurs chambres de combustion.
Comme annoncé précédemment, l'invention concerne un procédé de pilotage d' un moteur thermique à fonctionnement cyclique tel qu'un moteur diesel à injection directe. ι La figure 1 représente un exemple de réalisation du procédé selon l'invention. Ce procédé est une boucle de contrôle permettant d'ajuster le débit et par conséquent le taux de gaz brûlés recyclés dans la chambre de combustion afin de maximiser le rendement du moteur.
Deux paramètres de fonctionnement du moteur sont mesurés. Il s'agit d'une part de la variation de travail effectué par le moteur sur un intervalle de S temps et d' autre part de la quantité de carburant consommée sur ce même intervalle de temps .
L' intervalle de temps de mesure correspond preferentiellement à un nombre de cycles moteurs et la mesure est preferentiellement moyennee sur plusieurs cycles moteur afin lisser les résultats des mesures.
Les mesures de variation du travail effectué par le moteur et de variation de la quantité de carburant consommée sur l' intervalle de temps sont transmises à un calculateur qui détermine la variation ou la moyenne de la variation du rendement.
Conformément à l'exemple de la figure 1, le rendement R(n) du moteur pour le cycle n est obtenu par le rapport entre le couple Cpl (n) développé par le moteur et la quantité de carburant Ti (n) injectée durant le cycle n. Le rendement calculé R(n) peut également être corrigé à l'aide d'une fonction de correction F cartographiée. Cette fonction de correction F est une relation bijective entre un état de commande ou un état de fonctionnement du moteur et la correction à appliquer à R(n) . Cette fonction F varie selon des effets environnementaux connus et préalablement mesurés. Preferentiellement, cette fonction de correction F prend en compte la sensibilité du rendement R à la commande Com de débit en gaz recyclés.
Le travail relatif ou couple Cpl(n) fourni par une chambre de combustion ou par plusieurs chambres pour un cycle n donné est mesuré à l'aide d'un capteur de pression de la chambre de combustion et/ou d'un capteur de couple moteur placé sur le vilebrequin. Ce couple Cpl(n) peut être calculé par la mesure de l'effort développé sur le vilebrequin ou par la mesure de l'accélération du vilebrequin corrélée avec la pression de gaz à l'intérieur de la chambre.
La quantité de carburant consommée sur un cycle n est notée Ti (n) et est mesurée de façon directe avec un débitmètre et/ou de façon indirecte à l'aide de la durée de commande de l'injecteur et de la pression du carburant injecté. La quantité de carburant calculée par mesure indirecte peut être corrigée en fonction de la température du carburant et/ou de la pression à l'intérieur de la chambre.
Le calculateur détermine alors le nouveau signal de commande Com(n+l) à envoyer au moyen de contrôle de débit de gaz à recycler pour le cycle (n+1) à venir.
La nouvelle valeur du nouveau signal de commande Com (n+1) est fonction du rapport entre la variation de rendement mesurée entre deux cycles moteurs successifs respectivement appelés cycle p et cycle q.
La variation de rendement moteur entre le cycle p et le cycle q est calculée en soustrayant le rendement mesuré R(n-q) au rendement mesuré R(n-p) .
La variation de la valeur du signal de commande entre les cycles p et q est calculée en soustrayant la valeur de la commande Com(n-p) à la valeur de la commande Com(n-q) .
Enfin la nouvelle valeur du nouveau signal de commande Com (n+1) est calculée par le rapport entre la variation de rendement moteur et la variation de la commande précédemment calculées .
On peut également obtenir ce résultat Com(n+l) par une fonction de correction K tenant compte des facteurs d' environnement du moteur précédemment mentionnés .
La nouvelle commande Com(n+l) est alors transmise vers le moyen de contrôle de débit de gaz recyclé pour ajuster le débit de gaz recyclé lors du cycle (n+1) à venir.
Ce processus de contrôle du rendement est répété pour les cycles moteurs ultérieurs.
Le moyen de contrôle du débit de gaz recyclés peut être en tout ou rien ou être variable en continu sur une plage de débit allant d'un débit nul à un débit maximum admissible par le moteur.
La figure 2 représente un procédé complémentaire de réalisation de l' invention destiné à maintenir le bruit du moteur en dessous d'un seuil maximum de bruit admissible. Le bruit de combustion est lié à la vitesse de combustion, c'est à dire à la vitesse à laquelle l'énergie issue de l'oxydation du combustible par le comburant est libérée. Dans ce mode de réalisation particulier, la chambre de combustion est alimentée par au moins deux veines fluides ayant chacune un taux de gaz recyclés régulé par les moyens de contrôle de débit et par le procédé décrit précédemment. Ces deux veines fluides alimentent une chambre de combustion et forment ainsi des strates de fluides contenant de l'air et des proportions de gaz recyclés variables. Preferentiellement, le taux de gaz recyclés d'une strate est fonction de son taux de charge en carburant.
Chaque strate de fluide ainsi créée possède son propre taux de gaz recyclé, et donc son propre délai d' allumage et sa propre vitesse de combustion ce qui permet d' étaler le temps de la combustion dans l'ensemble de la chambre.
Corrélativement la régulation des taux de gaz recyclés de chaque strate et du différentiel de taux de gaz recyclés entre les strates permet le pilotage de la vitesse de combustion et la rédμction du bruit de combustion. On peut par exemple contrôler la vitesse de combustion en faisant varier l'écart entre les deux valeurs des taux de gaz recyclés de chacune des deux veines fluides.
En résumé, le procédé de la figure 1 permet de contrôler le débit de gaz recyclés afin de maximiser le rendement du moteur et le procédé de la figure 2 permet de contrôler la manière d' admettre ce gaz recyclé dans la chambre et réduire le bruit du moteur. La combinaison de ces deux procédés permet donc de maximiser le rendement du moteur tout en contrôlant son niveau de bruit.
Le procédé de la figure 2 consiste à contrôler le bruit du moteur par une fonction dite de stratification ou de création de strates de fluides à taux de gaz recyclés variables d'une strate à l'autre.
Plus précisément, le procédé de contrôle en boucle fermée de la figure 2 consiste en une première étape au cycle n de mesure du bruit Brm(n) émis par le moteur.
La mesure du bruit du moteur peut se faire par toute technique permettant de détecter la vitesse de combustion de la chambre. Pour se faire on peut détecter l'intervalle de temps où la pression à l'intérieur de la chambre monte brusquement. Cette mesure peut être notamment effectuée à l'aide d'un capteur de couple transmis par le vilebrequin, à l'aide d'un capteur de pression à l'intérieur de la chambre en dérivant les signaux mesurés. Cette mesure peut également être effectuée à l'aide d'un accéléromètre placé sur la culasse ou le vilebrequin en recherchant la valeur maximale de l'accélération.
Une seconde étape de collecte d' informations sur le point de fonctionnement du moteur est réalisée durant le même intervalle de temps que l'étape de mesure de bruit Brm(n) . Le point de fonctionnement correspond principalement à la quantité de carburant injectée pour un régime moteur donné. D'autres informations sur le point de fonctionnement du moteur au cycle n peuvent également être collectées afin de déterminer un état du moteur.
Une base de données cartographique sert de référence pour indiquer quel est le bruit moteur maximum admissible cartographie Brc(n) correspondant à un état du moteur mesuré au cycle n. Le calculateur compare alors le bruit maximum admissible Brc(n) pour le point de fonctionnement moteur au cycle n avec le bruit moteur mesuré Brm(n) pour ce même cycle n.
Si le bruit moteur mesuré Brm(n) est supérieur au bruit moteur maximum admissible cartographie Brc(n), alors le calculateur augmente la nouvelle valeur de commande de stratification Str (n+1) pour le cycle à venir n+1 par rapport à la valeur de la commande de stratification Str (n) du cycle n. L'augmentation de la valeur de la commande de stratification permet de créer des strates de gaz ayant des taux de concentration en gaz recyclés différents et corrélativement des vitesses de combustion différentes. La combustion est donc étalée dans le temps ce qui permet de réduire le bruit du moteur.
Si le bruit mesuré Brm(n) est inférieur au bruit moteur maximum admissible cartographie Brc (n) , alors le calculateur réduit la nouvelle valeur de commande de stratification Str (n+1) pour le cycle à venir (n+1) par rapport à la valeur de la commande de stratification Str (n) du cycle n. La réduction de la valeur de la commande de stratification Str (n+1) permet de réduire la différence de concentration en gaz recyclés de chaque strate de la chambre et corrélativement augmenter la vitesse de combustion.
Ce procédé de contrôle du bruit peut alors être répété pour des cycles moteurs ultérieurs.
La commande de stratification de ce procédé peut être fondée sur un seul cycle n, ou sur une moyenne de cycles, elle peut s'appliquer au cycle immédiatement successif à la mesure ou aux mesures, ou être retardée de plusieurs cycles. Elle peut également s'appliquer chambre à chambre ou sur un ensemble de chambres .
La fonction de stratification peut être une fonction tout ou rien ou être une fonction variable continue proportionnellement à l'écart entre le bruit mesuré Brm(n) et le bruit cartographie Brc(n) .
Les deux procédés de contrôle du rendement et du bruit permettent de maximiser le rendement tout en limitant le bruit.
Les figures 3 et 4 représentent respectivement deux exemples de moteurs 30 et 60 dotés de circuits de contrôle du recyclage de gaz brûlés pour la mise en œuvre de l'un au moins des procédés précédemment décrits. Chacun de ces moteurs 30, 60 possède trois cylindres ou chambres de combustion 31, 32, 33.- Chaque chambre 31, 32, 33 comporte un injecteur de carburant 51, 52, 53 ainsi que deux entrées d'admission respectivement 34 à 39, séparées l'une de l'autre pour introduire dans chaque chambre deux veines fluides séparées . Chaque veine fluide peut comporter une proportion variable dans le temps de gaz brûlés recyclés de manière à former des strates de gaz dans la chambre.
Les première, deuxième et troisième chambres de combustion 31, 32, 33 possèdent chacune des première et seconde sorties d'échappement de gaz brûlés 50 respectivement 43 à 48. L'ensemble de ces sorties d'échappement 43 à 48 sont connectées à une sortie principale d' échappement
49.
Chacun des moteurs 30, 60 des figures 3 et 4 est doté d' un turbo 57 et d' un moyen de recyclage permettant de collecter une partie des gaz d'échappement 50 pour les introduire au niveau de l' admission.
Les entrées d'admission 34 à 39 du moteur 30 de la figure 3 sont connectées à une admission principale 40 pour l'admission d'air 41 et de gaz brûlés recyclés 42.
L'admission principale 40 est elle-même reliée à la sortie principale d'échappement 49 par l'intermédiaire d'un moyen de recyclage 58 de gaz brûlés 42. Le moyen de recyclage 30 comporte une vanne de contrôle 59 du taux de gaz brûlés recyclés dans l'admission principale 40. Cette vanne 59 permet donc de contrôler le débit de gaz brûlés pour l'ensemble des entrées d'admission 34 à 39 et des chambres de combustion 31 à 33 et cela par un seul moyen de contrôle de débit .
Des première, deuxième et troisième vannes de stratification 54 à 56 relient respectivement le moyen de recyclage 58 de gaz brûlés aux secondes entrées d'admission 35, 37, et 39.
Chacune de ces trois vannes de stratification 54 à 56 contrôle individuellement la stratification de chacune des chambres respectives 31 à 33.
Par exemple, la première vanne de stratification 54 permet l'admission de gaz recyclés dans la veine fluide transitant par la deuxième entrée d'admission. La veine fluide transitant par la seconde entrée 35 a donc un taux de gaz recyclé variable. et contrôlé par la première vanne de contrôle de stratification 54 et/ou par la vanne de contrôle de taux 59.
La veine fluide transitant par la première entrée 34 a un taux de gaz recyclé variable qui est uniquement contrôlé par la vanne de contrôle de taux 59.
Le différentiel de concentration en gaz recyclés dans la première chambre 31 peut donc être ajusté en jouant sur la première vanne de stratification 54. Le moteur 60 de la figure 4 permet le contrôle simultané et centralisé pour l'ensemble des chambres du débit de gaz recyclés ainsi que leurs stratifications.
Le moteur 60 de cette figure comporte des première et seconde entrées principales d'admission 61 et 62.
Les première et secondes entrées principales d'admission 61 et 62 sont reliées à la sortie principale . d'échappement 49 par l'intermédiaire d'un premier moyen de recyclage 63 pour la première entrée principale 61 et d'un second moyen de recyclage 64 pour la seconde entrée principale 62.
La première entrée principale 61 est reliée aux premières entrées d'admission 34, 36, 38 permettant ainsi l'admission de premières veines fluides ayant le même taux de concentration en ,gaz recyclés.
La seconde entrée principale 62 est reliée aux secondes entrées d'admission 35, 37, 39 permettant ainsi l'admission de secondes veines fluides ayant le même taux de concentration en gaz recyclés.
Les débits respectifs en gaz recyclés des première et seconde entrées principales d' admission 61 et 62 sont indépendamment et respectivement contrôlés par des première et seconde vannes 65 et 66.
Ce montage particulier permet de contrôler le taux de gaz recyclé dans toutes les chambres par deux ' vannes . Ces deux vannes permettent également le contrôle de la stratification en jouant sur le différentiel de débit en gaz recyclé 42 passant par les premier et second moyens de recyclage 63 et 64.
De la même manière que pour le moteur 30 de la figure 3, les moyens de contrôle de débit des gaz d' échappement recyclés sont constitués de vannes commandées par au moins un moyen de commande pneumatique, hydraulique ou électrique. Ces vannes peuvent délivrer un débit de gaz continu ou discontinu.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de pilotage d'un moteur thermique à fonctionnement cyclique (30) tel qu'un moteur diesel à injection directe, comprenant notamment une chambre de combustion (31) , des moyens d'injection de carburant (51) dans la chambre, des moyens d'admission (34, 35) pour admettre sélectivement dans la chambre un comburant gazeux contenant de l'air (41), . des moyens d'échappement (43, 44) pour autoriser sélectivement l'échappement de gaz brûlés (50) hors de la chambre (31) et des moyens de recyclage (58) incluant un premier moyen de contrôle de débit (59) pour recycler des gaz brûlés (42) , ce moyen de contrôle de débit étant piloté par un signal de commande [Com] variable, le débit de gaz recyclés étant représenté par une fonction croissante de la valeur du signal de commande, un moyen de mesure de la consommation du moteur en carburant, le procédé étant caractérisé en ce qu' il comporte en outre une étape d' évaluation d' une variation de rendement, du moteur (30) sur un intervalle de temps révolu résultant d'une variation du signal de commande, et une étape de réactualisation du signal de commande, consistant à faire évoluer le signal de commande dans un sens propre à maximiser le rendement du moteur sur un nouvel intervalle de temps à venir.
2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'étape d'évaluation de variation de rendement consiste dans un premier temps à calculer des rendements du moteur pour des premier et second intervalles de temps respectifs, le second intervalle de temps se terminant postérieurement au premier intervalle, chaque rendement calculé correspondant au rapport entre la quantité de travail et la quantité de carburant injectée pour chaque intervalle, puis dans un second temps à calculer le signe algébrique du rapport :
(Rendement Moteur durant le second intervalle - Rendement moteur durant le premier intervalle) / (Valeur du Signal de commande de débit de gaz brûlé recyclé durant le second intervalle - Valeur du Signal de commande de débit de gaz brûlé recyclé durant le premier intervalle) puis dans un troisième temps en ce que l'étape de réactualisation du signal de commande consiste à augmenter le signal de commande Com(n+l) si le signe algébrique du rapport est positif et à réduire le signal de commande Com(n+l) si le signe algébrique du rapport est négatif, de telle manière que le débit de gaz brûlés (42) recyclés soit contrôlé pour maximiser le rendement du moteur (30) .
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'étape d'évaluation de variation de rendement du moteur est réalisée sur un intervalle de temps .révolu de plusieurs cycles moteur de manière à ce que la valeur du signal de commande Com (n+1) soit moyennee sur plusieurs cycles moteur.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les moyens d' admission comportent des première et seconde entrées d' admission de comburant gazeux dans la chambre, permettant l'admission respective dans la chambre d'une première et d'une seconde veine fluide de comburants gazeux.
5. Procédé selon la revendication A caractérisé en ce que le moyen de recyclage (58) comporte un second moyen de contrôle de débit (54) de gaz recyclés dans la seconde veine fluide de manière à contrôler indépendamment le débit de gaz recyclé dans chacune des veines fluides et ainsi former dans la chambre (31) plusieurs strates de gaz comburants ayant chacune un taux de concentration en gaz recyclés qui soit variable.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que chaque cycle du moteur comporte une phase d'admission au cours de laquelle le 'débit de gaz recyclés admis est variable de manière à former plusieurs strates de gaz comburant ayant chacune un taux de concentration en gaz recyclés variable dans le temps .
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le moyen de mesure de la consommation de carburant est un débitmètre ou un moyen de mesure de la durée d'injection de carburant.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le moteur comporte des moyens de mesure de la quantité de travail produite par le moteur, ces moyens étant un capteur de pression de gaz dans la chambre et/ou un capteur de couple du moteur.
9. Moteur thermique pour la mise en œuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à
8, caractérisé en ce que le moteur comprend au moins des première et deuxième chambres de combustion (31, 32) ayant chacune une première (34, 36) et une seconde (35, 37) entrées d'admission, chaque première entrée permettant l'admission d'une première veine fluide et chaque seconde entrée permettant l'admission d'une seconde veine fluide, lesdites premières entrées étant alimentées par une première entrée principale (40 ou 61) pour recycler des gaz brûlés (42) selon un débit en gaz recyclé piloté par le premier moyen de contrôle de débit (59 ou 65), ce débit étant identique pour toute les premières veines fluides respectivement admises dans les chambres de combustion (31, 32) .
10. Moteur thermique selon la revendication 9, caractérisé en ce que le débit en gaz brûlé dans la seconde veine fluide admise dans la première chambre (31) est contrôlé par une première vanne de contrôle de stratification (54) et le débit en gaz brûlé dans la seconde veine fluide introduite dans la deuxième chambre (32) est contrôlé par une deuxième vanne de contrôle de stratification (55) .
11. Moteur thermique selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdites secondes entrées (35, 37) sont alimentées par une seconde entrée principale (62) pour recycler des gaz brûlés (42) selon un débit en gaz brûlé contrôlé par un second moyen de contrôle de débit (66) commun à toutes les secondes veines fluides respectivement admises dans les chambres de combustion (31, 32) .
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